CN110529142B - 基于智能化液压囊的深部巷道底鼓控制装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于智能化液压囊的深部巷道底鼓控制装置和方法，包括顶板支护系统、H型支架和智能化液压囊系统；所述H型支架由长度2m的C30钢筋混凝土浇筑而成，其中使用Φ10mm钢筋为骨架，浇筑425#号水泥，同时预留巷帮锚杆孔、液压囊进液孔、液压囊回液孔、液压囊卸压孔；所述智能化液压囊系统包括底板液压囊、卸压管路、泄压阀、矿用乳化液泵；所述液压囊由厚度为5mm的不锈钢整体浇筑而成，极限强度为42MPa，其宽度为3m，长度为2m，高度为1.5m，同时浇筑进液管、回液管、卸压管。本发明设计简单、模块化操作、智能支护、支护效果稳定可监测、可实现应力预警、可以有效防止冲击地压，可以最大限度的控制巷道底鼓与巷帮片帮。

Description

基于智能化液压囊的深部巷道底鼓控制装置和方法
技术领域
本发明属于采矿工程领域，具体涉及一种基于智能化液压囊的深部巷道底鼓控制装置和方法。
背景技术
在深部煤炭资源开采中，由于地应力较大兼之工作面采动应力的影响，巷道底鼓量较大，严重影响了巷道的安全使用。现有的巷道底鼓控制方法主要集中在巷道底板注浆与反底拱的结合，增强巷道底板的抵抗能力，达到有效控制巷道底鼓目的，但这种方法施工难度大，操作不精确、不能实现智能化以及成本高，同时，由于盲目增加巷道支护强度，极易导致冲击地压的发生。另一种方法为在底板开挖卸压槽或进行底板深部药壶爆破，其目的是使底板岩层应力释放，以达到保护巷道底板的目的，但这种方法会巷道整体稳定性影响较大，操作不精确、无法实现智能化控制以及控制效果难以保证。
基于上述深部巷道底鼓控制方法存在的不足，提出一种智能化液压囊控制深部巷道底鼓的方法。通过使用液压囊的方法，改善了底板应力条件，有效避免了底板应力集中，有效控制巷道底鼓，杜绝巷道冲击地压的发生；通过H型支架，使得有效传递巷道顶底板应力，控制巷道表面位移。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种设计简单、模块化操作、智能支护、支护效果稳定可监测、可实现应力预警、可以有效防止冲击地压，可以最大限度的深部巷道底鼓控制装置和方法。
为实现上述目的，本发明提供一种智能化液压囊控制深部巷道底鼓的装置，包括顶板支护系统、H型支架和智能化液压囊系统；其中， H型支架包括平行设置的两个纵向支架及垂直连接两纵向支架的横向平台；所述智能化液压囊系统设置于所述横向平台上，包括底板液压囊、卸压管路、泄压阀和矿用乳化液泵，所述液压嚢设置于横向平台下侧，横向平台上设置贯通的液压阀孔、液压嚢进液口、液压囊卸压口和液压囊回液口，横向平台上侧设置矿用乳化液泵，且贯通的压嚢进液口、液压囊卸压口和液压囊回液口穿过横向平台，连接于矿用乳化液泵和液压嚢之间；顶板支护系统设置于H型支架顶部，包括锚索、锚杆及金属网，金属网连接于两纵向支架之间，锚杆垂直设置于金属网上，锚索设置于矿道顶部，用于配合锚杆实现对H型支架的固定。
进一步的，纵向支架相背的两侧固定设置锚杆，以将H型支架固定于巷道侧壁。
进一步的，H型支架由长度2m的C30钢筋混凝土浇筑而成，其中使用Φ10mm钢筋为骨架，浇筑425#号水泥，同时在横向平台上预留侧壁锚杆孔、液压嚢进液口、液压囊卸压口和液压囊回液口。
进一步的，液压囊由厚度为5mm的不锈钢整体浇筑而成，极限强度为42MPa，其宽度为3m，长度为2m，高度为1.5m，同时浇筑进液管、回液管、卸压管，穿过横向平台上预留设置的液压嚢进液口、液压囊卸压口和液压囊回液口，连接至矿用乳化液泵。
为实现上述目的，本发明提供一种智能化液压囊控制深部巷道底鼓的方法，包括如下步骤：
巷道掘进：按照巷道掘进设计沿煤层底板掘进巷道，每掘进1.5m，以巷道中心线为准，开挖宽度为3m，长度为2m，高度为1.5m的液压囊安置槽，并以厚度为10mm的与巷道等宽长度为2.5m的钢板覆盖；
顶板支护系统安装：按照支护设计，采用锚索、锚杆以及金属网的材料对顶板进行支护；
液压囊铺设与液压系统密封性检测：揭开覆盖的钢板，将液压囊运输并放入至液压囊安置槽，将液压囊与矿用乳化液泵连接，安装40MPa泄压阀，打压检测液压系统的密闭性；
H型支架浇筑：在液压囊上方用Φ10mm钢筋搭设骨架，浇筑425#号水泥，预留锚杆孔，H型支架宽度为2m，厚度为20cm；
锚杆安装：待H型支架稳定后，在H型支架预留锚杆孔处，安装锚杆，并施加预应力70KN；
液压囊注压：采用矿用乳化液泵向液压囊打压，至30MPa，对巷道底板进行支护；
液压囊压力调控：观察矿用乳化液泵压力示数，对压力进行调节，若示数稳定则可以适当减少液压囊内压力；
以1.5m的间距循环操作上述步骤，直至巷道全部支护完毕。
进一步地，矿用乳化液泵压力由现场调节，如巷道稳定差则减少液压囊注入压力或减小减压阀阈值，允许巷道微量底鼓。
进一步的，矿用乳化液泵压力由现场调节，如巷道稳定差则减少液压囊注入压力或减小减压阀阈值，允许巷道微量底鼓。
进一步的，H型支架的两纵向支架在与巷道顶部及底部接触位置的宽度加大，形成大于纵向支架截面面积的接触面。
进一步的，矿用乳化液泵的液压油箱储量安装有流量传感器，如液压油损失超过液压囊容积的四分之三，则触发巷道预警，提醒对巷道进行紧急处置；其中，紧急处置方式至少包括人员撤离、在两个纵向支架之间紧急开挖卸压硐室。
与现有技术相比，本发明的基于智能化液压囊的深部巷道底鼓控制装置和方法，利用液压囊的压力可调节，当巷道底板应力较小时，应力可由液压囊传递至H型支架，可以将底板应力转化为对顶板的支撑，有效控制巷道底鼓；当巷道应力较大时，液压囊卸压阀自动开启，液压囊带压内缩，让出部分变形空间，对应力进行释放，缓解底板应力集中，使巷道底板应力始终处于一种应力平衡状态，有效防止了巷道底板应力集中，杜绝巷道冲击地压的发生，同时，拥有巷道支护预警机构，可以对巷道安全使用进行智能监测，H型支架可以将底板应力与顶板应力相互抵消，由于帮锚杆使H型支架与巷帮形成整体，可以有效约束巷道表面位移，保证巷道安全使用。
附图说明
图1为本发明提供的一种智能化液压囊控制深部巷道底鼓的装置的实施结构示意图；
图2为本发明提供的一种智能化液压囊控制深部巷道底鼓的装置液压囊三视图；
图3为本发明提供的一种智能化液压囊控制深部巷道底鼓的装置的H型支架三视图。
附图标记：
1-巷道，2-H型支架，21-纵向支架，22-横向平台，3-泄压阀，4-矿用乳化液泵，5-液压囊进液口，6-液压囊，7-液压囊卸压口，8-液压囊回液口， 11-锚索，12-锚杆，13-金属网。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
参阅图1，本发明提供一种智能化液压囊控制深部巷道底鼓的装置，包括顶板支护系统、H型支架和智能化液压囊系统；其中， H型支架2包括平行设置的两个纵向支架21及垂直连接两纵向支架21的横向平台22；所述智能化液压囊系统设置于所述横向平台22上，包括底板液压囊6、卸压管路（未标示）、泄压阀3和矿用乳化液泵4，卸压管路连接于液压囊进液口5、液压囊卸压口7、液压囊回液口8与液压嚢6之间。液压嚢6设置于横向平台22下侧，横向平台22上设置贯通的液压阀孔、液压嚢进液口5、液压囊卸压口7和液压囊回液口8，横向平台22上侧设置矿用乳化液泵4，且贯通的压嚢进液口5、液压囊卸压口7和液压囊回液口8穿过横向平台22，连接于矿用乳化液泵4和液压嚢6之间；顶板支护系统设置于H型支架顶部，包括锚索11、锚杆12及金属网13，金属网13连接于两纵向支架21之间，锚杆12垂直设置于金属网13上，锚索11设置于矿道顶部，用于配合锚杆12实现对H型支架的固定。
进一步的，纵向支架21相背的两侧固定设置锚杆12，以将H型支架固定于巷道1侧壁。
进一步的，H型支架由长度2m的C30钢筋混凝土浇筑而成，其中使用Φ10mm钢筋为骨架，浇筑425#号水泥，同时在横向平台上预留侧壁锚杆孔、液压嚢进液口5、液压囊卸压口7和液压囊回液口8。
进一步的，液压囊6由厚度为5mm的不锈钢整体浇筑而成，极限强度为42MPa，其宽度为3m，长度为2m，高度为1.5m，同时浇筑进液管、回液管、卸压管，穿过横向平台上预留设置的液压嚢进液口5、液压囊卸压口7和液压囊回液口8，连接至矿用乳化液泵4。
为实现上述目的，本发明提供一种智能化液压囊控制深部巷道底鼓的方法，包括如下步骤：
巷道掘进：按照巷道掘进设计沿煤层底板掘进巷道，每掘进1.5m，以巷道中心线为准，开挖宽度为3m，长度为2m，高度为1.5m的液压囊安置槽，并以厚度为10mm的与巷道等宽长度为2.5m的钢板覆盖；
顶板支护系统安装：按照支护设计，采用锚索、锚杆以及金属网的材料对顶板进行支护；
液压囊铺设与液压系统密封性检测：揭开覆盖的钢板，将液压囊运输并放入至液压囊安置槽，将液压囊与矿用乳化液泵连接，安装40MPa泄压阀，打压检测液压系统的密闭性；
H型支架浇筑：在液压囊上方用Φ10mm钢筋搭设骨架，浇筑425#号水泥，预留锚杆孔，H型支架宽度为2m，厚度为20cm；
锚杆安装：待H型支架稳定后，在H型支架预留锚杆孔处，安装锚杆，并施加预应力70KN；
液压囊注压：采用矿用乳化液泵向液压囊打压，至30MPa，对巷道底板进行支护；
液压囊压力调控：观察矿用乳化液泵压力示数，对压力进行调节，若示数稳定则可以适当减少液压囊内压力；
以1.5m的间距循环操作上述步骤，直至巷道全部支护完毕。
进一步地，矿用乳化液泵压力由现场调节，如巷道稳定差则减少液压囊注入压力或减小减压阀阈值，允许巷道微量底鼓。
进一步的，矿用乳化液泵压力由现场调节，如巷道稳定差则减少液压囊注入压力或减小减压阀阈值，允许巷道微量底鼓。
进一步的，H型支架的两纵向支架在与巷道顶部及底部接触位置的宽度加大，形成大于纵向支架截面面积的接触面。
进一步的，矿用乳化液泵的液压油箱储量安装有流量传感器，如液压油损失超过液压囊容积的四分之三，则触发巷道预警，提醒对巷道进行紧急处置；其中，紧急处置方式至少包括人员撤离、在两个纵向支架之间紧急开挖卸压硐室。
与现有技术相比，本发明的基于智能化液压囊的深部巷道底鼓控制装置和方法，利用液压囊的压力可调节，当巷道底板应力较小时，应力可由液压囊传递至H型支架，可以将底板应力转化为对顶板的支撑，有效控制巷道底鼓；当巷道应力较大时，液压囊卸压阀自动开启，液压囊带压内缩，让出部分变形空间，对应力进行释放，缓解底板应力集中，使巷道底板应力始终处于一种应力平衡状态，有效防止了巷道底板应力集中，杜绝巷道冲击地压的发生，同时，拥有巷道支护预警机构，可以对巷道安全使用进行智能监测，H型支架可以将底板应力与顶板应力相互抵消，由于帮锚杆使H型支架与巷帮形成整体，可以有效约束巷道表面位移，保证巷道安全使用。
本发明的保护范围并不仅仅局限于本方法的描述，而根据权力要求加以限定。

Claims (8)

1.一种基于智能化液压囊的深部巷道底鼓控制装置，其特征在于，包括：顶板支护系统、H型支架和智能化液压囊系统；其中， H型支架包括平行设置的两个纵向支架及垂直连接两纵向支架的横向平台；所述智能化液压囊系统设置于所述横向平台上，包括底板液压囊、卸压管路、泄压阀和矿用乳化液泵，所述液压囊设置于横向平台下侧，横向平台上设置贯通的液压阀孔、液压囊进液口、液压囊卸压口和液压囊回液口，横向平台上侧设置矿用乳化液泵，且贯通的液压囊进液口、液压囊卸压口和液压囊回液口穿过横向平台，连接于矿用乳化液泵和液压囊之间；顶板支护系统设置于H型支架顶部，包括锚索、锚杆及金属网，金属网连接于两纵向支架之间，锚杆垂直设置于金属网上，锚索设置于矿道顶部，用于配合锚杆实现对H型支架的固定。
2.根据权利要求1所述的基于智能化液压囊的深部巷道底鼓控制装置，其特征在于，所述纵向支架相背的两侧固定设置锚杆，以将H型支架固定于巷道侧壁。
3.根据权利要求2所述的基于智能化液压囊的深部巷道底鼓控制装置，其特征在于，所述H型支架由长度2m的C30钢筋混凝土浇筑而成，其中使用Φ10mm钢筋为骨架，浇筑425#号水泥，同时在横向平台上预留侧壁锚杆孔、液压囊进液口、液压囊卸压口和液压囊回液口。
4.根据权利要求3所述的基于智能化液压囊的深部巷道底鼓控制装置，其特征在于，所述液压囊由厚度为5mm的不锈钢整体浇筑而成，极限强度为42MPa，其宽度为3m，长度为2m，高度为1.5m，同时浇筑进液管、回液管、卸压管，穿过横向平台上预留设置的液压囊进液口、液压囊卸压口和液压囊回液口，连接至矿用乳化液泵。
5.一种基于智能化液压囊的深部巷道底鼓控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
巷道掘进：按照巷道掘进设计沿煤层底板掘进巷道，每掘进1.5m，以巷道中心线为准，开挖宽度为3m，长度为2m，高度为1.5m的液压囊安置槽，并以厚度为10mm的与巷道等宽长度为2.5m的钢板覆盖；
顶板支护系统安装：按照支护设计，采用锚索、锚杆以及金属网的材料对顶板进行支护；
液压囊铺设与液压系统密封性检测：揭开覆盖的钢板，将液压囊运输并放入至液压囊安置槽，将液压囊与矿用乳化液泵连接，安装40MPa泄压阀，打压检测液压系统的密闭性；
H型支架浇筑：在液压囊上方用Φ10mm钢筋搭设骨架，浇筑425#号水泥，预留锚杆孔，H型支架宽度为2m，厚度为20cm；
锚杆安装：待H型支架稳定后，在H型支架预留锚杆孔处，安装锚杆，并施加预应力70KN；
液压囊注压：采用矿用乳化液泵向液压囊打压，至30MPa，对巷道底板进行支护；
液压囊压力调控：观察矿用乳化液泵压力示数，对压力进行调节，若示数稳定则可以适当减少液压囊内压力；
以1.5m的间距循环操作上述步骤，直至巷道全部支护完毕。
6.根据权利要求5所述的基于智能化液压囊的深部巷道底鼓控制方法，其特征在于，矿用乳化液泵压力由现场调节，如巷道稳定差则减少液压囊注入压力或减小减压阀阈值，允许巷道微量底鼓。
7.根据权利要求5所述的基于智能化液压囊的深部巷道底鼓控制方法，其特征在于，H型支架的两纵向支架在与巷道顶部及底部接触位置的宽度加大，形成大于纵向支架截面面积的接触面。
8.根据权利要求5所述的基于智能化液压囊的深部巷道底鼓控制方法，其特征在于，矿用乳化液泵的液压油箱储量安装有流量传感器，如液压油损失超过液压囊容积的四分之三，则触发巷道预警，提醒对巷道进行紧急处置；其中，紧急处置方式至少包括人员撤离、在两个纵向支架之间紧急开挖卸压硐室。
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